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AWS, Azure oder GCP: welcher Cloud-Provider ist der klimafreundlichste?

Moritz Kemp
Softwareentwickler
Veröffentlicht 31. Oktober 2023

Um die Auswirkungen des Klimawandels auf ein noch erträgliches Maß zu begrenzen, muss die Welt bis spätestens 2050 klimaneutral sein (net-zero). Auch bei uns in der Qvest-Digital beschäftigen wir uns intensiv mit diesem Thema und wollen mit dem Fokus auf „Green Software Development“ unseren Beitrag dazu leisten. Wir sammeln dazu laufend Wissen und praktische Erfahrungen, welche wir gerne mit euch in unserem Blog teilen möchten. [1]

Klimaneutrales Wirtschaften

Um das zur erreichen, muss vor allem ein Sektor seine Treibhausgas-Emissionen senken: die Stromproduktion. Rund 1/3 der EU-weiten Emissionen geht darauf zurück, und daran haben Cloud-Rechenzentren einen nicht unerheblichen Anteil: 2018 waren sie in der EU für 2,4 % des Stromverbrauchs verantwortlich und voraussichtlich bis 2030 sogar für 3.1%. [2.2] [2]

Vor dem Hintergrund müssen sich sowohl die Cloud-Provider selbst als auch deren Nutzer damit befassen, welche Menge an klimaschädlichen Emissionen bei Betrieb entstehen und wie sie durch erneuerbare und emissionsfreie Energieträger klimaneutral betrieben werden können. Unternehmen, die ihre Rechenkapazitäten in die Cloud auslagern, werden immer mehr in die Pflicht genommen, auch die Emissionen ihrer eigenen Lieferkette (und dazu zählen dann auch die Emissionen der Cloud) zu berichten. Der Druck der Cloud-Provider, hier entsprechend klimaneutrale Services anzubieten, dürfte damit wachsen. [3]

Aber welche Cloud-Provider unternehmen denn tatsächlich substanziell etwas gegen die Treibhausgas-Emissionen und wie lässt sich abschätzen, welcher am besten zur eigenen Klimaschutz-Strategie passt?

In diesem Beitrag wollen wir uns die 3 größten Cloud-Provider Amazon AWS, Microsoft Azure und Google Cloud Plattform unter dem Licht der Treibhausgas-Emissionen ihrer Rechenzentren anschauen und einen ersten Überblick geben, welcher Cloud-Provider hier die Nase vorn hat.

Google Cloud Plattform

Google ist mit der Google Cloud Plattform (GCP) unter den 3 größten Cloud-Providern zwar der mit Abstand kleinste, macht dies aber durch seine fortschrittlichsten Ansätze im Bereich der Nachhaltigkeit wett.

Vergleichsweise früh hat Google damit begonnen, die Treibhausgas-Emissionen in den Fokus zu nehmen und zu reduzieren. Seit 2007 ist Google’s Stromverbrauch klimaneutral (marktbasiert) und bezieht seit 2017 den Strom zu 100% aus erneuerbaren Energien.[4][5]

Seitdem hat Google aber immer wieder die Ziele enger gefasst. Ihr aktuelles Ziel ist, bis 2030 den Betrieb zu 100% nach der 24/7 CFE Methode (abk. für „Carbon-Free-Energy“, Definition siehe Glossar weiter unten) mit Energie zu betreiben. Grundlage ist dabei eine stündliche, 24/7 Berechnungsmethode, die als deutlich aussagekräftiger gilt und einen direkteren Einfluss auf den Ausbau von erneuerbaren Energien hat. Auf der Grundlage dieser strikten CFE-Berechnung konnte Google im Jahr 2022 rund 63% seiner eingekauften Elektrizität über erneuerbare Energien abdecken.[6][7]

Auch im Bereich der Energie-Effizienz arbeitet Google seit 2007 intensiv an Verbesserungen. Der durschnittliche PUE-Wert (abk. Power-Usage-Effectiveness, je niedriger desto besser) der Rechenzentren von Google lag 2022 bei 1.10. Google ist hier auch vergleichsweise transparent und veröffentlich eine Liste von PUE-Werten pro Rechenzentrum.[8]

Mit der „Carbon Sense Suite“ haben Kunder der Google Cloud Plattform die Möglichkeit, vergleichsweise detailliert die eigene Treibhausgas-Bilanz zu ermitteln.[9]

Die Bemühungen von Google werden allerdings getrübt durch die Zusammenarbeit mit dem weltgrößten Ölkonzern Aramco. Zwar nutzt Aramco die Google-Cloud nach eigenen Angaben nur zur Optimierung des eigenen Betriebs, was wiederum der Umwelt zugute kommen soll, aber die generelle Kritik an der Zusammenarbeit bleibt bestehen. [9.2]

Microsoft Azure

Seit 2012 ist der Microsoft-Konzern klimaneutral (marktbasiert). Die selbst auferlegten Ziele ähneln dabei denen von Google: bis 2030 will Microsoft seinen Stromverbrauch 24/7 stündlich zu 100% aus erneuerbaren Energien abdecken.

Außerdem möchte Microsoft bis 2030 nicht nur klimaneutral, sondern auch CO2-negativ sein. Dazu sollen diverse Projekte finanziert werden, die CO2 aus der Atmosphäre binden. Die CO2-negativ Zielsetzung ist bislang zwischen den 3 Providern einzigartig.[10]

Den wichtigen PUE-Wert ihrer Rechenzentren veröffentlicht Microsoft leider nicht im Nachhaltigkeitsbericht, aber es gibt einen Blog-Eintrag von Microsoft, der die PUE-Kennzahlen grob nach Region einordnet. Damit lassen sich zwar keine Rückschlüsse auf die Effizienz einzelner Rechenzentren ziehen, aber es ist ein erster Schritt zur Einschätzung der generellen Effizienz. [11]

Alles in allem arbeitet Microsoft aktiv am Thema Nachhaltigkeit und setzt viele interessante, interne Anreize innerhalb des Konzerns zur Förderung der Klimaneutralität. Dennoch gibt es von Greenpeace und anderen Umweltschutzverbänden starke Kritik an Microsoft, trotz der firmenweiten Klimaschutzziele sich nicht genug von Öl-Firmen und Leugnern des menschengemachten Klimawandels zu distanzieren. So finanzierte Microsoft 2020 ein Konferenz der Öl- und Gas-Industrie in Saudi-Arabien und spendete im US-Wahlkampf des selben Jahres auch an Kandidaten, die den Klimawandel öffentlich leugnen. [12]

Mit dem Tool „Emissions Impact Dashboard for Azure“ können Azure-Kunden ihre Treibhausgas Bilanz bei der Nutzung von Azure berechen. Die Methode der Berechnung ist öffentlich einsehbar und bezieht auch Scope 3 Emissionen mit ein. (für eine Erläuterung von Scope Emissionen siehe „GHG protocol“ im Glossar weiter unten)

AWS

Amazon AWS als weltweit größter Cloud-Provider zeichnet leider insgesamt ein schlechtes Bild in seinen Nachhaltigkeits-Bemühungen.

Da ist zum einen die Tatsache, dass Amazon sich erst unter erheblichem, öffentlich Druck dazu durchgerungen hat, Schritte in die Richtung einer klimafreundlicheren Cloud zu unternehmen. Eine tiefere, intrinsische Motivation, einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten, scheint es bei Amazon bis dato nicht zu geben.[13]

Zum anderen stoßen wir bei genauerem Hinsehen auf eine große Intransparenz: Amazon veröffentlicht nur ein Minimum an Daten im Bezug auf ihre Treibhausgas-Emissionen und listet sie nicht nach Geschäftsbereichen auf. Auch veröffentlicht Amazon nicht den für die Nachhaltigkeit wichtigen PUE-Wert ihrer Datenzentren, weder als Durchschnitt noch für einzelnen Rechenzentren.

2019 hat sich Amazon mit dem Projekt „Climate Pledge“ zum Ziel gesetzt, bis 2040 im gesamten Konzern klimaneutral zu werden, sowie bis 2030 nur noch 100% erneuerbaren Energien nutzen. Im Bereich der Datenzentren will Amazon bereits 2025 den Stromverbrauch zu 100% aus erneuerbaren Energien beziehen.

Im aktuellen Nachhaltigkeitsbericht von 2022 erreicht Amazon das Ziel der Klimaneutralität nicht und rechnet aktuell 90% seines Stromverbrauchs erneuerbaren Energien zu. Auch Amazon kalkuliert seine Klimabilanz nach der Marktmethode des GHG Protokol und listet auch nicht auf, wie groß der Anteil der REC’s (abk. Renewable-Energy-Certificate) und Offsets in seinen Bilanz ist. (Erläuterungen zu REC’s und Offsets siehe Glossar weiter unten) [14]

Konkret auf die Datenzentren bezogen listet AWS z.Z. 19 Regionen auf, in denen die Datenzentren vollständig mit erneuerbaren Energien betrieben werden, basierend auf einer jährlichen Berechnung und mit Hilfe von REC’s. [17]

Amazon AWS stellt für seine Kunden ein „Carbon Footprint“ Tool zur Verfügung, über das sich die CO2e Bilanz (Einheit für CO2-Äquivalent, Erläuterungen im Glossar weiter unten) der AWS-Nutzung berechnen lässt. Es gibt allerdings viel Kritik an dem Tool: zu wenig granular, zu intransparent und es fehlt eine Bilanz der Scope 3 Emissionen.[15]

Gerade letzteres ist ein Problem für große Unternemen, die neuerdings aufgrund der neuen EU-CSRD-Richtline ab 2024 verplichtet sind, auch ihre Scope 3 Emissionen in der Lieferkette zu benennen.[16]


Fazit

Google ist bei den  größten Providern in der Vergangenheit der klimaneutrale Vorreiter gewesen und ist es gegenwärtig auch immer noch. Unter den 3 Providern hat sich Google als erstes Ziele zur Reduktion von Treibhausgas-Emissionen gesetzt und konkrete Maßnahmen umgesetzt. Allerdings hat Microsoft auch hier nachgezogen und im Bereich der Treibhausgas-Emissionen inzwischen ähnlich ambitionierte Ziele gesetzt, hat sich aber erst deutlich später mit dem Thema so intensiv im Bereich von Rechenzentren auseinander gesetzt wie Google. Auch kann Microsoft im Bereich der Effizienz der Rechenzentren (PUE) Google hier noch nicht das Wasser reichen.

Der Platzhirsch Amazon macht hier bislang keine gute Figur. Das hohe Maß an Intransparenz gewährt wenig Einblicke und die Ziele von Amazon orientieren sich eher am Minimum und zeugen bislang von keinem ernsthaftem Interesse, im Bereich des Klimaschutzes voran zu gehen.

In diesem ersten Vergleich hat Google die Nase vorn. Microsoft ist durchaus ebenfalls gut unterwegs, aber kommt insbesondere durch seinen späten Einstieg in das Thema nicht ganz an Google heran. Sollte also der Betrieb der eigenen Systeme in der Cloud möglichst klimaneutral erfolgen, so ist Google als Cloud-Provider unter diesem Aspekt eine genauere Betrachtung wert.

Sollten andere Aspekte abseits der eigenen Nachhaltigkeits-Ziele gegen eine der beiden grüneren Provider Google oder Microsoft sprechen, weil z.b. bestimmte Architektur-Ziele sich besser mit AWS umsetzen lassen, so können hybride Cloud-Lösungen eine Möglichkeit sein. Dabei werden rechenintensive Arbeitslasten (z.b. Data-Warehouse Analysen, Machine-Learning) beim klimafreundlicheren Provider ausgeführt, die Anwendung für den Nutzer verbleibt aber beim dafür am besten passenden Provider.

Exkurs: Regionaler Strommix

In diesem Blog-Artikel haben wir uns vor allem mit den Bemühungen der Cloud-Provider und seiner Rechenzentren insgesamt befasst. Neben der Auswahl des klimafreundlichsten Cloud-Providers gibt es aber auch noch einen weiteren Weg in der Softwareentwicklung, die eigene Arbeitslast möglichst klimaneutral auszuführen: die Auswahl einer Region, deren regionaler Strommix aus erneuerbaren Energien stammt. In der Regel beziehen die Rechenzentren der Cloud-Provider den Strom zum großen Teil aus dem regionalem Stromnetz, das je nach Region einen unterschiedlichen Mix an fossilen Energieträgern aufweist.

Ein Anbieter für die Ermittlung des aktuellen, regionalen Strommixes ist https://www.climatiq.io/ . Mit Hilfe dieser Daten lassen sich Anwendungen schreiben, die in der Cloud die Arbeitslast dorthin verschieben, wo der Strommix gerade am wenigsten Treibhausgas-Emissionen aufweist (engl: carbon-aware software).


Glossar

net-zero (dt. klimaneutral): Bezeichnet den „emit-and-absorb“ Ansatz, bei dem zuerst der CO2e Ausstoß soweit wie möglich reduziert werden und der Rest an Emissionen durch Absorption an anderer Stelle auf 0 gerechnet wird. https://www.un.org/en/climatechange/net-zero-coalition

GHG – greenhouse gas: Abkürzung für die Gruppe der klimaschädlichen Gase (CO2, Methan etc.) (dt. Treibhausgas).

GHG protocol: Eine private Einrichtung, die Standards zur Bilanzierung von CO2e-Emissionen heraus gibt. Fast alle Unternehmen Bilanzieren nach diesen Standards. Die Bilanzierung teilt sich dabei in Scope 1 (direkte, unmittelbare Emissionen), Scope 2(Emissionen durch Energie (Strom und Wärme) und Scope 3 (indirekte Emission durch Zulieferer, allg. der Lieferkette) auf. Insb. Scope 3 Emissionen sind schwierig zu berechnen, stellen aber mitunter den höchsten Faktor der CO2e Emissionen eines Unternehmens dar.  https://ghgprotocol.org/

REC – Renewable Energy Certificate: Ein Marktmechanismus zum Einkauf von erneuerbaren Energien, zugelassen für die marktbasierte Berechnung von Scope 2 Emissionen des GHG Protocol.

Offset: Bezeichnet die Kompensation von CO2e-Emissionen in der CO2e-Bilanz durch die Finanzierung von Projekten, die CO2e aus der Atmosphäre binden. Zugelassen für die marktbasierte Berechnung von Scope 2 Emissionen des GHG Protocol. Gilt als die am wenig nützlichste Form der CO2e-Reduzierung. https://www.epa.gov/sites/default/files/2018-03/documents/gpp_guide_recs_offsets.pdf

24/7 CFE: Eine alternative Berechnungsmethode zum GHG protocol im Bereich der Emissionen bei Strom (Scope 2). Die bislang übliche Bilanzierung auf jährlicher Basis berücksichtigt nicht die natürlichen Einspeise-Schwankungen der erneuerbaren Energien. Eine Umstellung auf ein stündliches Matching zwischen dem Stromverbrauch und Stromproduktion legt die CO2e-Emissioinen offen, die dadurch entstehen, dass fossile Energieträger bei Schwankungen einspringen müssen. Das Erreichen von 100% CFE erfordert ein mehr Anstrengungen bsp. im Bereich der Energiespeicher. https://www.un.org/en/energy-compacts/page/compact-247-carbon-free-energy

CO2e: eine Einheit, um die Treibhausgas-Emissionen von unterschiedlichen Gasen miteinander vergleichen zu können. Die Emissionen der nicht-CO2 Gase werden dabei in äquivalente CO2-Emissionen umgerechnet. Zum Beispiel entspricht der Ausstoß von 1kg Methan 28kg CO2e.